光學元件表面吸收性缺陷檢測方法

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\hICSXX.XXX.XXXXX團 體 標 準T/COEMAXXXXX-2020光學元件表面吸收性缺陷檢測方法InspectionMethodofAbsorptiveDefectsonOpticalComponentSurface202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施發(fā)布中關村材料試驗技術聯(lián)盟發(fā)布T/COEMAXXXXX—2020IT/CSTMXXXXX—20181T/COEMAXXXXX-2020光學元件表面吸收性缺陷檢測方法范圍本標準規(guī)定了光學元件表面吸收性缺陷的術語與定義，檢測的一般要求、檢測原理與方法。本標準適用于經拋光、鍍膜等加工后的平面光學元件表面吸收性缺陷的檢測。規(guī)范性引用文件本章無引文。術語、定義和符號術語和定義下列術語和定義適用于本文件。表面吸收性缺陷（surfaceabsorptivedefects）光學元件在生長、研磨和拋光等加工過程中，在表面殘留的對工作波段激光具有較強吸收的微量金屬、非金屬雜質，鍍膜過程中產生的節(jié)瘤等缺陷。主要分為：光學材料在形成過程中內部含有的包裹物、金屬離子等缺陷在加工后出現(xiàn)在表面，形成吸收性缺陷。光學材料在加工過程中，研磨液和拋光液等殘留在元件表面和亞表面，形成吸收性缺陷。鍍膜過程中，環(huán)境中的雜質附著在基片表面，形成的節(jié)瘤缺陷。一般要求環(huán)境要求環(huán)境要求如下：環(huán)境溫度：20℃±5℃；相對濕度：小于50%；潔凈度：環(huán)境潔凈，設備所在測試區(qū)域環(huán)境潔凈度達到千級；滿足待檢光學元件檢測的其他環(huán)境要求。設備要求設備要求如下：泵浦激光波長：與待檢光學元件工作波長一致；探測激光波長：與泵浦激光波長不同；探測激光功率：＜10mW；橫向分辨率：優(yōu)于10μm；設備檢測相對重復性：優(yōu)于±10%；泵浦激光功率穩(wěn)定性優(yōu)于2%，探測激光功率穩(wěn)定性優(yōu)于1%；設備移動定位系統(tǒng)的定位精度優(yōu)于2μm。光學元件要求待檢光學元件要求如下：待檢光學元件表面潔凈，無水漬和污跡；待檢光學元件為拋光和鍍膜后的平板類光學元件。詳細要求檢測原理光學元件表面吸收性缺陷基于表面熱透鏡原理檢測，如圖1所示，被斬波器調制的強泵浦激光照射在待檢樣品表面，樣品表面吸收激光能量，導致樣品表面產生形變，形成熱包。另一束弱探測激光照射到熱包上，受熱包的調制，反射的探測激光出現(xiàn)衍射，探測激光光斑的中心光強變化幅值與樣品的吸收率成正比。通過光電探測器和鎖相放大器測量探測光斑中心的微弱的強度變化幅值。通常吸收性缺陷與光學元件本體吸收率有顯著差異，因此，探測信號的幅值有顯著的差異。通過該差異可以將吸收性缺陷從光學元件本體背景信號中識別出來。圖1光學元件表面吸收性缺陷檢測原理檢測方法基于表面熱透鏡原理的光學元件表面吸收性缺陷檢測方法如圖2所示。泵浦激光器發(fā)出的激光經過光功率調節(jié)器、偏振態(tài)調節(jié)器和分束器后被分成兩束，分束比≥9:1，其中較弱的一束激光被功率計接收，另一束較強的激光經過斬波器被調制后，由會聚透鏡聚焦到待檢樣品表面。透過待檢樣品的泵浦激光被光陷阱收集。探測激光器發(fā)出的激光經過光功率調節(jié)器和分束器后被分成兩束，分束比≥9:1，其中一束激光被功率計接收，另一束激光經過反射鏡和會聚透鏡后被聚焦到待檢樣品表面上泵浦光照射的區(qū)域。探測激光的光斑覆蓋泵浦激光誘導的熱包區(qū)域。探測激光經過待檢樣品表面反射后通過帶通濾光片和光闌，帶通濾光片使探測激光通過，濾除泵浦激光產生的雜散光。光闌中心通光直徑小于探測激光在光闌處的光斑直徑。通過光闌的光束被光電探測器接收。探測激光透過待檢樣品的部分被光陷阱收集（圖中未顯示）。斬波器和光電探測器分別與鎖相放大器連接，輸入參考信號和測量信號。經過解調后，鎖相放大器輸出測量區(qū)域的幅值信號。待檢樣品固定在三維位移平臺上，三維位移平臺沿泵浦激光的光軸方向調節(jié)待檢樣品的位置，使其處于泵浦激光的焦點。三維位移平臺驅動待檢樣品在垂直于泵浦激光的光軸的平面內移動，測量系統(tǒng)對待檢樣品按光柵掃描路線進行測試。待檢樣品移動步進量為泵浦激光在待檢樣品表面的光斑直徑。掃描完成后，獲取測量區(qū)域的吸收性缺陷二維圖像。注：為了使測量誤差盡可能小，照射在待檢樣品表面的泵浦激光的強度較高，但不應引起非線性吸收，也不能超過待檢樣品的損傷閾值，避免對待檢樣品造成損傷。泵浦激光的波長和偏振態(tài)與待檢樣品的送檢單位的要求一致。1——泵浦激光器；2、12——光功率調節(jié)器；3——偏振態(tài)調節(jié)器；4、13——分束器；5、14——功率計；6——斬波器；7、16——會聚透鏡；8——待檢樣品；9——光陷阱；10——三維位移平臺；11——探測激光器；15——反射鏡；17——帶通濾光片；18——光闌；19——光電探測器；20——鎖相放大器；21——電腦圖2典型的表面吸收性缺陷檢測裝置檢測步驟打開設備各部分控制開關及軟件，激光器進行預熱（預熱時間通常為30分鐘），使設備進入正常工作狀態(tài)；對待檢樣品的表面進行潔凈處理，達到4.3中被檢光學元件要求；將待檢樣品固定在三維位移平臺上；調節(jié)待檢樣品的姿態(tài)，使待檢樣品的表面垂直于泵浦激光的光軸；調節(jié)待檢樣品到聚焦泵浦激光的會聚透鏡的距離，使待檢樣品表面位于聚焦泵浦光的焦點位置；根據待檢樣品的測量區(qū)域的尺寸，三維位移平臺驅動待檢樣品從起點開始按光柵掃描方式運動，待檢樣品移動的步進量為泵浦激光在待檢樣品表面的光斑的束腰直徑，同時記錄泵浦光功率和探測光功率；輸出并保存表面吸收性缺陷的測量結果。數據處理根據掃描獲得的數據，計算幅值的平均值、最大值和最小值，繪制統(tǒng)計分布直方圖和缺陷分布圖。檢測報告測量結束后，填寫光學元件表面吸收性缺陷檢測報告，報告格式見附錄A。檢測報告應當包括下列內容：識別樣品名稱和來源、實驗室環(huán)境，以及檢測日期所需的全部資料；引用標準；結果及表達形式；測量過程中觀察到的異?，F(xiàn)象；任何本標準中未規(guī)定的操作，或任何可能影響測量結果的操作。

附錄AA.1檢測報告格式光學元件表面吸收性缺陷檢測報告如表A.1所示。表A.1光學元件表面吸收性缺陷檢測報告送檢單位送檢日期材料類型元件編號元件幾何尺寸（mm）環(huán)境溫度（℃）相對濕度檢測設備設備狀態(tài)測試波長（nm）測試偏振態(tài)泵浦光功率（W）探測光功率（mW）檢測依據表面吸收性缺陷測量結果：檢測人：檢測日期：復核人：復核日期：前??言本標準按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本標準由中國科學院上海光學精密機械研究所和合肥知常光電科技有限公司提出。本標準由中關村材料試驗技術聯(lián)盟歸口。本標準起草單位：中國科學院上海光學精密機械研究所、合肥知常光電科技有限公司、中國工程物理研究院激光聚變研究中心標準化與檢測中心和上海理工大學。本標準主要起草人：倪開灶、邵建達、吳周令、劉世杰、王微微、柴立群、張大偉、陳堅、黃明、趙建華、潘靖宇、唐春香。前??言本標準按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本標準由中國科學院上海光學